摘要：地理信息在我国土地资源中的地位十分重要，随着地理信息系统的应用越来越广泛，地理信息的及时更新也越来越重要，测绘是建立地理信息系统的基础工作，以测绘地理信息系统为核心的信息链已经基本形成并得到了广泛的应用。本文在概述地理信息系统的基础上，提出一种多维时空数据协同可视化方法。
关键词：地理信息系统；多维数据可视化；多维数据结构
1前言
由于空间技术的迅猛发展，特别是遥感技术的发展，大量有关地球空间环境的不同时相数据的收集，使地理信息系统的作用日渐突出，地理信息系统提供了存储、处理和分析地理数据的环境。当前的地理信息系统主要是处理数字式的地图，大部分是静态的二维地图。在环境科学研究中，用户不仅对传统的静态地图、电子地图感兴趣，更需要对地理现象的演化过程进行可视化和动态分析、动态模拟。复杂的静态地图，不管是印在纸上还是显示在屏幕上，都不能满足用户的要求，他们希望一个动态的、可视化的、交互的环境来处理、分析、显示他们的多种地理数据。
本文提出一种多维时空数据协同可视分析方法，支持用户交互定义时空节点，利用属性关联视图呈现空间属性数据之间的关系，结合地图和时间轴交互观察多维属性数据的时空变化规律。
2地理信息系统的内容和功能
根据应用对象划分，系统建设的内容可以分为大地测量数据系统、城市测绘数据系统、海洋测绘数据系统三部分。大地测量数据系统是国家大地测量的基础数据，包括国家大地水准网和控制网的数据，主要应用于大地测量数据的管理和存储；城市测绘数据系统存储城市地理的各种信息，包括城市地图、地籍图、绿化图等，应用于城市规划、市政建设等；海洋测绘系统内数据包括海洋的控制网、水深测量、海洋重力测量情况等，应用于导航和海洋地理变化监测和预测，各个系统不是相互独立的，各系统相互支持，其信息都能相互调用。地理测绘系统主要有数据输入和编辑、数据库的建立和管理、数据检索、数据分析与处理和数据输出的功能，地理测绘系统将通过测绘技术得到的地理信息转化成数据，经过系统的交互编辑和修饰即可建立拓扑关系；数据库是GIS的核心，系统对图形进行拼接处理、把不同格式的数据统一化、管理图库和系统中的地图德国都需要数据库管理系统，数据库管理系统可以在数据之间建立一种联系，根据数据的属性和结构把它们分成矢量结构与栅格结构两类，矢量结构精确性好，地图美观，但数据结构复杂、可操作性低，栅格结构数据结构简单，但精度较差，在GIS中，这两种结构通常是并行的，相互协同；数据件数能力是为了是用户快速找到所需的地理信息，数据检索系统可以查询数据库中任意地区的数据，其自身的逻辑操作方式还可以自动跳过冗余数据，提高检索速度和精确度；数据输出的媒介一般会屏幕显示绘图、制表纸等，系统提供图像编辑、符号生成等服务，用户还能自主选择二维或三维图像，满足不同的制图要求。
3时空多维数据可视化技术研究
3.1多维数据可视化
传统的多维数据可视分析方法能够有效地展示数据的多维属性，帮助用户直观地发现数据中潜在的关联模式，如平行坐标、散点图矩阵、降维等。平行坐标是将高维数据映射布局到二维平面的经典可视化方法，在二维平面内用N个平行坐标轴表示N维空间，将每条数据在不同维度的值映射成相应坐标轴上的点，用折线将这些点连接起来表达数据。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆将属性坐标轴抽象为网络图中的节点，根据属性轴之间的相似性度量边的权重，利用遗传算法获得代价最小路径，进而优化平行坐标轴排列顺序，以方便多维数据特征的有效呈现；]利用嵌套平行坐标对气象模拟数据集合进行参数分析，模拟运行已有的数据信息得到下一时间段的气象预测数据，通过自定义颜色和透明度实现实时范围查询和互相联动的交互视图。相比平行坐标技术，散点图矩阵能更有效地展示任意维属性之间的关联。从可视分析的角度出发，提出一个能够有效地度量散点图分类效果的分析流程，评估多种不同的视觉效果度量准则，获得能够有效地模拟人眼视觉的评判标准，以辅助用户对多维数据进行精确分类和深入分析；提出阶梯形状的二维矩阵散点图矩阵，相邻散点图以公用轴为基进行布局，以此来节省传统散点图矩阵占用的空间资源。平行坐标和散点图矩阵受限于数据集的大小，尤其当维度增多、平行坐标中的属性轴靠近、散点图中的矩阵缩小时，这会给用户辨识数据结构和关系带来负担。降维技术可以很好地解决这一问题，通过将多维属性数据投影至低维空间中，帮助用户快速感知数据对象在高维空间中的分布和差异。利用MDS将数据集和属性集同时映射到二维空间，支持用户交互选取数据子集或者属性子集，从不同角度进行数据和属性关联分析；设计一种时序MDS视图，将每一时间步中的数据子集进行降维投影，相邻时间步的数据集合部分重叠，保证数据模式的平滑过渡，进而有效地分析高维空间中的数据时变模式，帮助用户进行特定模式的分析和探索。Y在平行坐标相邻属性维度空间中增加散点图窗口，利用MDS降维方法将多维数据投影至二维空间，点与线的混合可视化结果能够帮助用户快速、准确地理解数据相关性。
3.2时空数据可视化
时空属性是多维数据中的重要特征，国内外研究提出了大量的多维时空数据可视分析方法。从协同展示的角度出发，设计面向时间多尺度的酒店顾客评价数据的可视分析工具OpinionSeer，将不同时间尺度的评价数据及统计信息呈现于时间环对应的空间中，帮助数据分析专家快速、直观地发现顾客入住酒店的时空规律及评价特征；结合维诺图、堆栈图和平行坐标等可视化形式，综合分析城市群的演变过程及空气污染的相互作用状况；设计OD-Wheel可视分析方法，面向具有显著时空属性的出租车轨迹数据，支持用户选择、分析和探索感兴趣空间区域内出租车起点、终点间的时空交通模式；设计一种新的数据结构nanocube，可以对高维时空数据进行多粒度的高效存储和检索，实现多维时空数据的实时聚合分析；提出面向GDP数据多维属性特征的时空交互可视分析方法，设计内圆、中环、外环的可视化模式，协同展现各个省份的多维属性差异、产业结构比例及时序发展规律等特征；提出时空立方体可视化方法，在三维空间上展示时空数据，其中，X轴和Y轴组成的平面用于映射空间地理信息，Z轴表示时间，每个轴移动滑块平面的选项突出显示时间轴上的时间或空间中的位置，描述特定空间中对象行为轨迹的时空变化；提出一个数据挖掘系统，利用GoogleEarth和Java3D高级交互工具，在三维可视化环境中解决空间和时间数据集维度的关联规则和变量分布。
4结束语
科学可视化技术为在地理信息系统中对复杂的地理现象的理解起到越来越重要的作用。如何进一步将科学可视化技术与地理信息系统技术相结合，是一个十分复杂而又迫切需要解决的问题。地理信息系统，从技术角度看，需要对数据结构、显示技术等方面进行科学可视化的研究与讨论。同时，在应用中也需要走向可视化。
随着时空多维地理数据以及可视化研究的深入，为进一步加强对多维体空间数据操作与处理的研究，最终走向应用奠定了基础。
参考文献：
[1]吴近贤.浅析测绘中地理信息系统的应用 黑龙江科学 2017-10
[2]赵凡 蒋同海 周喜等.面向多维稀疏时空数据的可视化研究[J].中国科学技术大学学报， 2017（07）
[3]余乐伟 孙国道 何贤国等.基于组件协同的时空数据可视分析系统[J].浙江工业大学学报， 2013（02）
论文作者:李虹雁
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/8/13
标签：数据论文; 多维论文; 时空论文; 属性论文; 地理信息系统论文; 系统论文; 空间论文; 《基层建设》2018年第20期论文;